化學實驗微型化、數字化教學實踐與研究

孫海濤

摘 要： 化學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗教學起到其他任何教學方法無法替代的作用。然而，新課改下化學實驗往往因為實驗藥品有毒有害、難于體現實驗原理等原因在實際課堂教學中被弱化，尤其是學生實驗。作者就如何更好、更有效地開展化學實驗進行微型化、數字化實踐探究。

關鍵詞： 化學實驗教學 微型化 數字化

目前，筆者在廈門多所學校學生中投放了一份關于《實驗探究活動開展情況》調查表，表中設置了課本實驗教師完成情況、學生動手實驗次數、分組實驗課堂紀律等多個問題。從回收的問卷統計發現，在廈門的許多學校，讓學生做實驗困難重重。為什么？調查中，教師反映了以下幾種情況：1.學校實驗條件不好，進行不了。2.學生組織紀律差，不聽話，難管。3.實驗藥品有毒、有害，危險性大。4.高考不考實驗操作，講實驗、播實驗視頻、動畫比做實驗快，對高考得分更有幫助。5.傳統部分實驗存在一些難以解決的問題，做了等于沒做，解釋不清。

化學是一門以實驗為基礎的自然科學。在中學化學教學中，成功地進行實驗教學在整個施教過程中起到非常關鍵的作用，實驗教學對培養學生的科學素養、創造性思維，幫助學生認識和理解科學概念，都起到其他任何教學方法所無法替代的作用。

筆者結合自身教學實踐，針對分組實驗難進行、實驗原理難從實驗現象觀察得出兩個方面進行了探索。

一、微型化分組實驗

分組實驗是學生實驗的主要方式，它是結合教材讓學生更深入地觀察、認識物質性質的重要途徑，并能系統地培養學生的實驗素養及獨立工作能力。但是由于實驗條件限制、學生紀律差、藥品有毒等問題使得這種教學形式在本地區得不到有效實施。為解決此問題筆者嘗試把部分分組實驗改為微型實驗。

微型化學實驗基本特征是：（1）實驗藥品微量化，實驗儀器微型化；（2）微型化學實驗不是常規化學實驗的簡單縮微或機械減量，而是在微型化的條件下對實驗重新設計與探索，達到以盡可能少的藥品獲取盡可能多的、更有效化學信息的目標，是在微型化的條件下對常規化學實驗的創新性變革。

實踐活動一：在進行濃硫酸性質教學過程中，學到濃硫酸的吸水性、脫水性時，教師布置實驗：①取一根火柴，火柴頭蘸濃硫酸，在空氣中靜置10秒。②另取一根火柴，把火柴梗蘸濃硫酸，觀察現象。

學生個個爭先恐后進行實驗。通過實驗觀察到：①中火柴燃燒；②中火柴梗變黑。隨后進行課堂討論，最后總結出：①中濃硫酸吸水，過程放熱，導致火柴頭溫度達到著火點，同時在空氣中，有氧氣助燃，因此燃燒起來。該實驗體現的是濃硫酸的吸水性。②中火柴梗的材質為木料，變黑是發生炭化，此過程中H、O元素被濃硫酸奪走，僅剩下C元素，所以觀察到變黑現象。該實驗體現的是濃硫酸的脫水性。

實踐活動二：在魯科版《海水中的元素》的教學過程中，講到鹵素之間發生置換反應。傳統教學采用試管發生反應，藥品使用量大，鹵素揮發嚴重，反應后溶液處理任務大。現改用白色點滴板進行實驗（如右圖）。實驗現象明顯，藥品使用量小，操作簡便，人人可動手，適于做隨堂實驗。

采用微型化實驗教學，人人動手實驗，方便了同學們觀察實驗，同時有利于激發學習興趣、強化動手能力訓練，強化化學實驗教學中的素質教育和創新教育，全面提高學生科學素質，培養具有創新能力的人才。

二、數字化實驗課堂

實驗原理，體現化學思維，因此對實驗原理的拓展，有利于訓練學生的創新思維能力。對實驗原理進行拓展，應該廣泛考慮學科內外各部分知識之間的聯系，綜合運用各種實驗思想和實驗手段以達到好的實驗效果。

數字化實驗通過傳感器實驗設備將實驗數據傳入電腦，進行實驗分析與探究。基于傳感器的計算機實時數據采集和基于計算機數據處理軟件的計算機建模和圖像分析等技術是開展中學數字化實驗課堂的兩大技術支撐，利用數字化實驗能更好地闡述原理，突破教學難點。

實踐活動三：在《碳酸鈉和碳酸氫鈉的化學性質》活動探究中，①在試管中加入1～2mL碳酸鈉溶液，向其中逐滴滴加鹽酸，邊滴邊振蕩。②在試管中加入1～2mL鹽酸溶液，向其中逐滴滴加碳酸鈉溶液，邊滴邊振蕩。這兩組實驗現象從碳酸鈉與鹽酸分步反應原理（Na■CO■+HCl=NaHCO■+NaCl，NaHCO■+HCl=NaCl+CO■↑+H■O）來看應該會有不同，①開始時無氣泡，繼續加入，有氣泡產生；②一加入馬上有氣泡。但實際操作時往往無法得到預期現象，故在闡述碳酸鈉與鹽酸反應原理時缺乏實驗支持，只能讓學生死記硬背。針對此情況，筆者采用數字化實驗證明碳酸鈉與鹽酸反應過程。

實驗藥品：0.1mol·L-1Na■CO■溶液、0.1mol·L■NaHCO■溶液、2mol·L■鹽酸

實驗儀器：鐵架臺、燒杯、酸式滴定管、朗威DISLab6.0數據采集器及配套計算機軟件、計算機、磁力攪拌器

實驗裝置如圖：

實驗現象如圖：

圖1 Na■CO■溶液中滴 圖2 NaHCO■溶液中滴

加鹽酸的曲線圖 加鹽酸的曲線圖

碳酸鈉和鹽酸反應有兩個突躍范圍，而碳酸氫鈉與鹽酸反應只有一個突躍范圍，如果將圖1所示曲線與圖2中第一次突躍后的曲線進行疊加，就能發現兩者基本能重合。這充分說明了Na■CO■與HCl反應分兩個階段進行。

在教學活動中，為了實現預期目標，教師總是要采用一定的手段作用于學習主體，教學手段成為教學活動中不可缺少的組成部分。通過微型化、數字化實驗教學手段，既鍛煉了學生的實驗技能，又培養了學生的自主探究、自我學習能力，完善了學生的思維品質，大大提高了學生實驗水平，優化了高中化學實驗教學效果。

微型化、數字化實驗教學是針對教學中某些實驗存在的問題而進行的創新性改革，是傳統實驗的繼承和發展。我們的教材中有很大一部分傳統實驗具有深刻的教育意義，因此，我們應做好創新實驗與傳統實驗的有機結合，使學生的實驗操作、研究能力提升到更高層次，使實驗教學更符合新課改的培養目標，更符合新時期的教育方針。

參考文獻：

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